《高頻電子線路》課件

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1、4.6 石 英 晶 體 振 蕩 器一 、 石 英 晶 體 諧 振 器 的 等 效 電 路 石 英 晶 體 的 壓 電 效 應 ： 當 機 械 力 作用 于 晶 體 片 時 ， 片 的 兩 面 將 產 生 電 荷 。 反 之 ， 晶 體 片 兩 面 加 不 同 極 性 的 電壓 時 ， 晶 體 的 幾 何 尺 寸 被 壓 縮 或 伸 張 。 則 ： 當 高 頻 交 流 電 壓 加 于 晶 體 片 兩 端 時 ，晶 體 片 將 隨 交 變 信 號 的 變 化 而 產 生 機 械 振 動 。 當 f外 加 =f固 有 ， 則 產 生 諧 振 現(xiàn) 象 振 蕩 回 路 的 標 準 性 和 品 質 因 數(shù)

2、 Q 值 是 影 響 振 蕩 器 頻 率 穩(wěn) 定 性 的 關 鍵 因 素 ,為 了 提 高 振 蕩 回 路 的 標 準 性 和 Q 值 . 選 用 優(yōu) 質 材 料 和 先 進 的 工 藝 結 構 ,但 從 工 藝 水 平 看 ,Q 值 超 過 300 相 當 困 難 . 盡 管 減 弱 負 載 和 晶 體 管 本 身 的 回 路 的 藕 合 ,這 會 引 起 等 效 諧 振 阻 抗 小 ,不 易 起 振 .利 用 石 英 晶 體 的 壓 電 效 應 ,將 它 作 為 振 蕩 回 路元 件 構 成 石 英 晶 體 振 蕩 器 ,可 以 獲 得 很 高 的 頻 率 穩(wěn) 定 度 . Co Cg Co

3、Cg5Cg3 CgLg Lg3 Lg5 LgRg1,石 英 晶 體 等 效 電 路(1) 結 構 及 外 形 Co CqLqRq一 ,晶 體 諧 振 器 (Crystal Resonator) Co CqLqrqfq fp電 容 性 電 容 性電感性 fXqO Co CqLqrq國 產 B45 1MHz中 等 精 度 晶 體 的 等 效 參 數(shù) 如 下 ： Lq= 4.00H， Cq=0.0063pF， rq 100 200 ， Co=2 3 pF。因 而 晶 體 的 品 質 因 數(shù) Qq很 大 ， 一 般 為 幾 萬 至 幾 百 萬 qqqq qqq 1 CLrrLQ （ 12 500 25

4、 000） C LJTC1C2 JT 二 ,晶 體 振 蕩 器 電 路 (Circuit of Crystal Oscillators)串 聯(lián) 型 晶 體 振 蕩 器 : 晶 體 以 低 阻 抗 方 式 串 接 在 晶 體 與 晶 體 管 之 間 , 振 蕩 頻 率 qff 1,并 聯(lián) 型 晶 體 振 蕩 器 (PARALLEL CRYSTAL OSCILLATORS) 這 類 晶 體 振 蕩 器 的 振 蕩 原 因 和 一 般 反 饋 型 LC 振 蕩 器 相 同 ,只 要 把 晶 體 置 于 反 饋 網 絡 和 振 蕩 回 路 中 ,作 為 一 個 感 性 元 件 ,并 與 其 它 回 路

5、元 件 一 起 按 照 三 點 式 電 路 的 基 本 準 則 組 成 三 點 式 振 蕩 器 . 常 用 的 有 兩 種 基 本 類 型 :Pierce Ocsillators (c-b)型 振 蕩 器 Millor Ocsillators (b-e)型 振 蕩 器 ECJTC2C3C1Rb1Rb2Cb ReLc二 ,晶 體 振 蕩 器 電 路 (Circuit of Crystal Oscillators)(1 ) Pierce ocsillators1. 電 路 結 構 C1, C2 即 是 諧 振 回 路 的 一 部分 ,又 構 成 反 饋 回 路 .C3 即 作 為減 弱 晶 體 管

6、 與 晶 體 間 的 藕 合 電 容 ,也 作 為 振 蕩 頻 率 的 微 調 電容 . 晶體 C1C2 JT C3 LqCqrqCoC1C2 C1 CcCeRb1Rb2 ReL1 L EcJTC2 C1C2 L1JT 二 ,晶 體 振 蕩 器 電 路 (Circuit of Crystal Oscillators)（ 2） Millor Oscillator 晶 體 接 在 基 極 與 發(fā) 射 極 之 間 該 電 路 實 質 上 是 個 雙 回 路 振 蕩 電 路 ,L 1,C1是 集 電 極 回 路 元 件 ,由 于 基 極 與 發(fā) 射 極 之 間 接 入 感 性 元 件 的 晶 體 ,根

7、 據(jù) 相 位 平 衡 條 件 的 判 斷 準 則 ,集 電 極 回 路 必 須 等 效 為 感 性 .可 變 電 容 C1 作 為 集 電 極 回 路 的 調 諧 電 容 ,可 調 高 回 路 的 固 有 諧 振 頻 率 1f ,使 01 ff ,另 外 C1的 改 變 也 可 改 變 振 蕩 幅 度 的 大 小 ,又 由 于 晶 體 被 晶 體 管 的 低 輸 入 阻 抗 所 并 聯(lián) ,降 低 了 有 載 QL值 ,所 以 穩(wěn) 定 度 較 低 , 故 不 如 Pierce 電 路 . C1C2C3 JTL Rb1Rb2 RcReCb Cc C1 C2C3JT CoL Ec二 ,晶 體 振 蕩

8、 器 電 路 (Circuit of Crystal Oscillators)2串 聯(lián) 型 晶 體 振 蕩 器 (SERIES CRYSTAL OSCILLATORS)電 路 的 交 流 等 效 電 路 如 圖 所 示若 將 晶 體 短 路 ,就 是 一 個 普 通 的 電 容 反 饋 振 蕩 電 路 ,由 于 晶 體 在 串 聯(lián) 諧 振 時 , 阻 抗 很 小 ,僅 為 r q ,相 當 于 短 路 ,所 以 振 蕩 器 的 振 蕩 頻 率 應 接 近 晶 體 的 串 聯(lián) 諧 振 頻 率 ,即 為 q 如 果 由 L,C1,C2,C3組 成 的 回 路 諧 振 頻 率 距 q 較 遠 ,由

9、于 晶 體 阻抗 增 大 ,從 而 使 正 反 饋 減 弱 ,增 益下 降 ， 破 壞 振 蕩 條 件 ,使 其 不 能 振 蕩 . Co Cg CoCg5Cg3 Cg3Lg Lg3 Lg5 Lg3Rg3三 、 泛 音 晶 振 電 路 在 七 次 及 其 以 上 泛 音 頻 率 ,LC1回 路 雖 呈 現(xiàn) 容 性 ,但 等 效 容抗 減 小 ,從 而 使 電 路 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 減 小 , 環(huán) 路 增 益 小 于 1,不 滿 足 振 幅 起 振 條 件 ,LC1回 路 的 電 抗 性 如 (b)圖 所 示 。 3 使 用 注 意 事 項 使 用 石 英 晶 體 諧 振 器 時 應

10、注 意 以 下 幾 點 : (1)石 英 晶 體 諧 振 器 的 標 稱 頻 率 都 是 在 出 廠 前 ,在石 英 晶 體 諧 振 器 上 并 接 一 定 負 載 電 容 條 件 下 測 定的 ,實 際 使 用 時 也 必 須 外 加 負 載 電 容 ,并 經 微 調 后才 能 獲 得 標 稱 頻 率 。 (2)石 英 晶 體 諧 振 器 的 激 勵 電 平 應 在 規(guī) 定 范 圍 內 。 (3)在 并 聯(lián) 型 晶 體 振 蕩 器 中 ,石 英 晶 體 起 等 效電 感 的 作 用 ,若 作 為 容 抗 ,則 在 石 英 晶 片 失 效 時 ,石 英 諧 振 器 的 支 架 電 容 還 存 在 ,線 路 仍 可 能 滿 足振 蕩 條 件 而 振 蕩 ,石 英 晶 體 諧 振 器 失 去 了 穩(wěn) 頻 作用 。 (4)晶 體 振 蕩 器 中 一 塊 晶 體 只 能 穩(wěn) 定 一 個 頻 率 ,當要 求 在 波 段 中 得 到 可 選 擇 的 許 多 頻 率 時 ,就 要 采取 別 的 電 路 措 施 ,如 頻 率 合 成 器 ,它 是 用 一 塊 晶 體得 到 許 多 穩(wěn) 定 頻 率 ,頻 率 合 成 器 的 有 關 內 容 將 在第 8章 介 紹 。 下 列 電 路 可 否 進 行 正 弦 振 蕩 , 可 進 行 正 弦 振 蕩 的 ,寫 出 名 稱 ：